KR101194138B1 - 집적 회로 기판의 세정에 사용되는 세정 용액을 차징하기위한 시스템 및 방법 - Google Patents

집적 회로 기판의 세정에 사용되는 세정 용액을 차징하기위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

집적 회로 ("IC") 기판 세정의 진보적 방법, 시스템 및 조성물이 기재된다. 본 발명의 세정 방법은 적어도 IC 기판의 세정을 촉진하도록 선택된 용질을 함유하는 용액을 차징하여 차징된 용액을 생성하여 상기 용질의 적어도 일부가 상기 차징된 용액 중에 집합체로 존재하도록 하고, IC 기판을 세정하기 위한 상기 차징된 용액을 운반하는 것을 포함한다. 본 발명의 세정 시스템은 적어도 집적 회로 기판의 세정을 촉진하도록 선택된 용질을 함유하는 용액을 보유하기 위한 차징 챔버; 및 상기 용액을 상기 차징 챔버 내에서 진동시켜 차징된 용액을 생성하여 용질의 적어도 일부가 상기 차징된 용액 중에 집합체로 존재할 수 있도록 하는 제1 소리 에너지원을 포함한다.
집적 회로, 세정 용액, 용질 집합체, 차징 챔버, 소리 에너지

Description

집적 회로 기판의 세정에 사용되는 세정 용액을 차징하기 위한 시스템 및 방법 {Systems and Methods for Charging a Cleaning Solution Used for Cleaning Integrated Circuit Substrates}
본 발명은 집적 회로("IC") 기판을 효과적으로 세정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 특별하게는, 본 발명은 용액이 IC 기판을 세정하는데 사용되기 전에 용액을 효과적으로 차징(charging)하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 차징된 용액에서, 용질 입자의 적어도 일부는 용질 집합체(cluster)로서, 집합체 형태로 존재한다. 본 발명은 또한 IC 기판의 효과적인 세정을 위한 조성물을 제공한다.
집적 회로("IC") 제조 공정 동안, 입자, 포토레지스트 잔류물 등과 같은 오염물이 IC 기판 표면 상에 도입된다. 이들은 궁극적으로 생산되는 IC의 성능 및 기능에 나쁜 영향을 주기 때문에 이러한 오염물의 존재를 없애거나 감소시키는 것이 중요하다. 따라서, 그러한 바람직하지 못한 오염물을 제거하기 위해 다양한 세정 방법이 실행되어 왔다.
반도체 산업에서 통상적으로 사용되는 세정 방법은 표준 세정 용액 1("SC-1 용액")로 알려진 진한 수산화암모늄 용액을 이용한다. SC-1 용액에는, 전형적으로 가열된 수산화암모늄, 과산화 수소 및 탈이온수가 약 1:1:5의 부피 비로 존재한다. 세정 동안, SC-1 용액이 메가소닉(megasonic) 에너지의 존재 하에 기판 표면과 접촉한다. 상기 SC-1 용액은 표면 에칭을 통해 기판 표면으로부터 오염물을 떼어내며, 메가소닉 에너지가 기판 표면으로부터 떼어낸 오염물을 또한 제거하는 것으로 생각된다. 상기 방법은 지난 40 년 동안 반도체 산업에서 대부분의 경우 선택된 세정 방법이었지만, 이는 몇 가지 단점을 감수한다.
진한 세정 용액은 과도한 에칭의 위험을 감수하며, 이는 표면 거침성(roughness)으로 나타나므로, 기판 표면 및 세정을 수행하는 장치를 손상시킨다. 예를 들면, 패턴을 갖지 않은 반도체 기판 표면에서, 과도한 에칭은, 그 위에 회로 및 트랜지스터 장치가 제작될 기판 표면의 가치를 떨어뜨린다. 이러한 이유로, 수득되는 반도체 칩이 조악한 전기적 성능 또는 완전한 기능불량을 감수하게 될 것이다.
고도로 농축된 세정 용액을 분배하여 배출시키는 것은 환경적 우려를 일으킨다. 결과적으로, 세정 시스템으로부터 나오는 농축된 배출 스트림은 적절한 처리를 필요로 한다. 세정 공정을 수행하기 위한 배출물 처리 시스템 및 노동력에 따르는 비용이 SC-1 용액을 이용하는 세정의 공정을 고가로 만든다.
농축된 세정 용액은 또한 장치 성능을 저하시키는 바람직하지 못한 금속 오염물을 기판 표면 상에 부착시킨다. 더욱이, 상기 세정 용액의 과산화물 조성물은 전형적으로 안정화제를 함유하며, 이는 성능 문제를 야기하는 오염의 또 하나의 원인이다. 이러한 문제는 비교적 높은 조성의 과산화물을 세정 용액의 부분으로 사 용할 경우 더욱 악화된다.
그러한 오염물 입자의 존재는 현재의 IC 기하구조(geometry)에 더욱 나쁜 영향을 준다. 현재 IC 상의 회로의 소형화와 함께 소자 크기의 소규모화가 진행되고 있으며, 그러한 소형의 소자들은 IC 기판 표면에 조밀하게 배치된다. 초기 세대의 IC는 조밀하게 배치되지 않았으므로 종전에는 IC의 성능에 위협을 주지 않았던 특정 크기의 오염물 입자가, 이제는 소형의 기하구조를 갖는 현재의 IC의 전기적 성능에 중대한 영향을 갖는다. 사실상, 이러한 오염물 입자는 전체 IC를 쓸모없게 만들 수 있다. 그 결과, 기판 표면을 손상시키지 않고 그러한 오염물 입자를 제거하기 위한 효과적인 세정 방법이 IC의 수율을 향상시키는 데 결정적이다.
상기 언급된 단점을 회피하기 위한 시도로서, 미국 특허 제6,681,781호(푸리(Puri) 등에게 부여)는 용매(예, 물) 중 대단히 묽은 농도의 세정 향상제(예, 암모니아 기체)로부터 형성된 세정 용액을 제안한다. 대단히 묽은 용액에서, 용매 및 용질은 500:1 내지 500,000:1 범위의 부피 비로 존재한다. 불행하게도, 상기 방법 또한 단점을 감수한다.
대단히 묽은 수산화암모늄 농도의 상한에서, 수산화암모늄과 규소의 반응은 현재의 IC 기하구조에서 과도하게 에칭된 표면을 여전히 생성한다. 과도한 에칭의 단점을 극소화하기 위해서, 오존화 단계가 세정 단계에 부가되었다. 상기 단계에서는, 보호 수단으로써, 기판 표면을 해로운 농도의 수산화암모늄을 함유하는 세정 용액에 노출시키기 전에 기판을 오존화한다. 그러나 이와 같은 추가의 단계는 세정 공정의 처리량 및 전체 IC 제조 공정의 처리량을 저하시킨다. 이는 또한 기판 표면을 세정하는 비용에 추가된다.
대단히 묽은 수산화암모늄 농도의 하한에서, 상기 세정 용액은 단순히 기판 표면으로부터 오염물 입자를 떼어내는 데 효과적이지 않다. 달리 말하면, 낮은 농도의 수산화암모늄을 갖는 세정 용액은 그로부터 오염물 입자의 바람직한 양을 떼어내도록 상기 기판 표면과 충분하게 반응하지 않는다. 그 결과, 통상의 지식은 낮은 농도의 세정 향상제, 예를 들면 수산화암모늄을 갖는 세정 용액을 비효과적이고 바람직하지 못한 것으로 여긴다.
따라서 현재의 IC 세정 공정의 단점을 갖지 않고 현재의 소형 기하구조를 갖는 IC 기판 표면을 효과적으로 세정하는, IC를 세정하는 개량된 시스템 및 방법이 요구된다.
<발명의 요약>
전술한 목적을 이루기 위해, 본 발명은 집적 회로("IC") 기판을 세정하는데 용액을 사용하기 전에 용액을 효과적으로 차징하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 용액을 차징하는 것은 용액 전반의 용질 입자 분포에 영향을 미친다. 구체적으로, 차징된 용액에서, 용질 입자는 집합체 형태로 배열되고 용질 집합체로 존재한다. 그 예로서, 각각의 집합체는 평균 약 100 내지 약 200 개의 용질 분자를 함유할 수 있다. 정 반대로, 종래의 세정 용액에서, 용질 입자는 랜덤하게(randomly) 분포되며 집합체 형태가 아니다.
이론에 구애되기를 원치 않지만, 본 발명의 차징된 용액 중 용질 집합체는 기판 표면으로부터 떼어낸 오염물 입자에 대한 효과적인 제거 메카니즘을 제공한 다. 용질 집합체가, 초기에 소리 에너지(acoustic energy) 적용에 의해 기판 표면으로부터 떨어진 오염물 입자를 포획하는 것으로 생각된다. 종래의 세정 용액을 이용하는 경우와 같이 그러한 용질 집합체가 없을 경우, 그러한 떼어낸 입자를 포획하는 메카니즘이 존재하지 않으며, 상기 입자가 이어서 기판 표면 상에 착지되고 부착되는 것으로 생각된다.
하나의 구현예에 따르면, 본 발명은 소리 에너지를 상대적으로 묽은 용액에 적용하는 것이 차징을 촉진하는 것을 인식한다. 예를 들면, 차징은 소리 에너지를 묽은 용액에 적용함으로써 이루어질 수 있으며, 상기 묽은 용액에서 용질은 약 3×10-5: 1 내지 약 1×10-24: 1의 부피 비로 용매 중에 존재한다. 상기 묽은 용액은 대단히 묽은 체제 및 "거의 제로 희석(near zero dilution)"의 용질 농도를 포함할 수 있다. 용질이 용매 중에 약 3×10-5: 1 내지 약 5×10-5: 1의 부피 비로 존재할 경우, 수득되는 용액의 희석은 대단히 묽은 체제인 것으로 간주된다. 또한, 본 명세서에 사용되는 "거의 제로 희석"이라는 용어는 용질이 용매 중에 약 5×10-5: 1 내지 약 1×10-24: 1의 부피 비로 존재하는 희석을 의미한다.
용질의 희석이 대단히 묽은 체제이건 거의 제로 희석이건 관계없이, 본 발명의 교시는, 농축된 또는 묽은 종래의 세정 용액을 사용하는 경우에 있었던 단점을 감수하지 않고, 기판의 효과적인 세정을 가능하게 한다. 사실상, 상대적으로 묽은 용액이 차징을 위해, 즉 용질 집합체를 형성하는데 바람직하다는 것을 감안하여, " 거의 제로 희석"을 갖는 용액이 본 발명에 바람직하다. 세정 기판을 위한 "거의 제로 희석"의 사용은, 종래의 세정 기술이 반응 메카니즘을 통해 입자 제거를 촉진하기 위해 보다 높은 용질 농도를 필요로 하였으므로, 종래의 지식에 반한다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 입자 제거 메카니즘은 주로 용질 집합체 형성을 촉진하는데 초점을 맞추며, 용질과 기판 표면간의 반응을 촉진하는데 초점을 맞추지 않는다.
본 발명은 IC 기판을 세정하기 위한 효과적인 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 (i) 집적 회로 기판의 세정을 촉진하도록 선택된 용질을 적어도 함유하는 용액을 차징(charging)하여, 상기 용질의 적어도 일부가 집합체(cluster)로 존재하는 차징된 용액을 생성하고, (ii) 상기 차징된 용액을 상기 집적 회로 기판을 세정하기 위하여 운반하는 것을 포함한다.
본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 용액을 차징하는 것은 상기 용액을 바람직하게는 메가소닉 에너지를 이용하여 진동시킴으로써 수행된다. 바람직하게는, 상기 용질은 수산화암모늄이다. 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 차징 단계는 용질이 용매 중 약 5×10-5 : 1 내지 약 1×10-24 : 1, 바람직하게는 약 1×10-6 : 1 내지 약 1×10-24 : 1, 더욱 바람직하게는 1×10-8 : 1 내지 약 1×10-24 : 1인 부피 비로 존재하도록 용액을 희석하는 것을 포함한다.
하나의 구현예에서, 본 발명의 세정 방법은 또한 (i) 차징된 용액을 희석하여 세정 용액을 제조하고; (ii) 집적 회로 기판을 세정하는데 상기 세정 용액을 사 용하는 것을 포함한다. 상기 구현예에 따르면, 상기 차징된 용액은 그 희석을 증가시켜 더 많은 정도로 더욱 차징될 수 있다. 상기 세정 용액에서, 용질은 용매 중 약 5×10-5 : 1 내지 약 1×10-24 : 1인 부피 비로 존재할 수 있고, 상기 범위는 상기 세정 용액이 효과적으로 차징되는 것을 보장한다. 상기 구현예의 또 하나의 단계는 상기 세정 용액에, 바람직하게는 메가소닉 장치에 의해 소리 에너지를 적용하는 것을 포함한다. 상기 용액을 차징하기 전에, 본 발명은 또한 용매와 용질을 혼합하여 용액을 제조하는 것을 고려한다. 바람직하게는, 상기 용매는 탈이온수이다. 특정 구현예에서, 혼합은 용매 중에 약 3×10-5 : 1 내지 약 1×10-24 : 1인 부피 비로 존재하는 용질을 갖는 용액을 생성한다. 기판 표면의 세정은 약 30℃에서 또는 30℃보다 아래에서 수행될 수 있다.
또 다른 국면에서, 본 발명은 집적 회로 기판을 세정하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 (i) 집적 회로 기판의 세정을 촉진하도록 선택된 용질을 적어도 함유하는 용액을 보유하기 위한 차징 챔버, 및 (ii) 상기 차징 챔버 중의 상기 용액을 진동시켜, 상기 용질의 적어도 일부가 집합체로 존재하는 차징된 용액을 생성할 수 있는 제1 소리 에너지원을 포함한다.
상기 시스템은 상기 차징된 용액을 이용하여 집적 회로 기판을 세정하기 위한 가공 챔버를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 상기 시스템은 집적 회로 기판을 세정하는 동안 가공 챔버의 내용물을 진동시키기 위한 제2 소리 에너지원을 포함한다. 바람직한 구현예에서, 본 발명은 차징 단계가 시작 되기 전에 용매와 용질을 혼합하여 용액을 생성하는 혼합 챔버를 더 포함한다. 용매 저장소와 제2 연결부 상의 위치의 사이에 있는 제1 연결부가 또한, 상기 차징된 용액이 가공 챔버로 들어오기 전 차징된 용액을 희석하기 위해 구비될 수 있다. 상기 제2 연결부는 상기 차징 챔버와 가공 챔버 사이의 연결부를 정의하여 상기 차징된 용액이 상기 차징 챔버로부터 가공 챔버로 운반될 수 있도록 한다.
또 다른 국면에서, 본 발명은 집적 회로 기판을 세정하기 위해 사용되는 용액의 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 용매 및 집적 회로 기판의 세정을 촉진하기 위해 선택된 용질을 포함한다. 용질의 적어도 일부는 용액 중 집합체 형태로 존재하고, 상기 용질 및 용매는 약 3×10-5 : 1 내지 약 1×10-24 : 1인 부피 비로 존재한다. 바람직한 구현예에서, 상기 용질 및 용매는 약 1×10-6 : 1 내지 약 1×10-24 : 1인 부피 비로 존재한다.
도 1은 본 발명의 하나의 구현예에 따르는, 집적 회로 기판을 효과적으로 세정하기 위한 세정 시스템의 다이어그램이다.
도 2A는 차징되지 않은 용액 중 용질 입자의 랜덤 분포를 나타낸다.
도 2B는 본 발명의 하나의 구현예에 따르는 차징된 용액 중 집합체 형태로 배열된 용질 입자를 나타낸다.
본 발명은 집적 회로(IC) 기판을 효과적으로 세정하기 위한 시스템, 방법 및 조성물을 제공한다. 종래의 지식은 IC 기판을 효과적으로 세정하기 위해서, 충분히 높은 농도의, 전형적으로 세정 용액 중 활성 세정 성분인, 용질을 사용해야 한다고 기술한다. 그러한 지식에 따르면, 높은 농도의 용질이 기판 표면과 반응하여 오염물 입자를 그로부터 떼어내는 것으로 생각된다. 이러한 생각에 근거하여, 종래의 지식에서는 비교적 낮은 용질 농도를 갖는 세정 용액을 사용하는 것을 배제하도록 교시한다.
그러나 본 발명에서, 비교적 낮은 용질 농도의 용질은 이들이 용액의 차징을 촉진하기 때문에 바람직하다. 차징된 용액에서, 집합체로 배열된 용질 입자는 기판으로부터 효과적인 제거를 위해 떨어진 오염물 입자를 포획하는 것으로 생각된다. 그 결과, 본 발명은 IC 기판의 효과적인 세정을 위해 용질 집합체를 형성하는데 초점을 맞춘다. 분명하게, 여기에 기재된 본 발명의 세정 시스템 및 방법은, 종래의 세정에서 비효과적인 것으로 여겼던 비교적 낮은 용질 농도를 이용하여 기판을 세정하기 위한 방법을 제공할 뿐 아니라, 오히려 그러한 낮은 용질 농도가 본 발명의 바람직한 구현예를 대표한다.
도 1은 본 발명의 하나의 구현예에 따르는 IC 기판을 효과적으로 세정하기 위한 세정 시스템(100)을 나타낸다. 시스템(100)은 3 개의 챔버를 갖는다 - 용질 및 용매를 혼합하여 용액을 형성하기 위한 혼합 챔버(110), 상기 용액을 차징하기 위한 차징 챔버(118) 및 상기 차징된 용액을 이용하여 IC 기판을 세정하기 위한 가공 챔버(126). 혼합 챔버(110) 및 차징 챔버(118)의 각각은 별도의 연결부를 통해 가공 챔버(126)에 연결되어 있다. 구체적으로, 제1 연결부(132)는 혼합 챔버(110)를 가공 챔버(126)에 연결시키고, 제2 연결부(130)는 차징 챔버(118)를 가공 챔버(126)에 연결시킨다. 이하에 설명하는 바와 같이, 제1 연결부(132)는 또한 용매를 용매 저장소로부터 직접 가공 챔버(126)로 운반하는데 사용될 수 있다.
혼합 챔버(110)는 밸브(106 및 108)을 통해서 용매 저장소(102)로부터 용매 흐름을, 용질 저장소(104)로부터 용질 흐름을 각각 수용한다. 밸브(112)는 혼합 챔버(110)로부터의 내용물을 차징 챔버(118)로 운반하기 위해 활성화된다. 차징 챔버(118)는 제1 소리 에너지원(114) 및 상기 차징 챔버 내로 연속적인 에너지 전달을 커플링하기 위한 커플링 챔버(116)가 구비된다. 밸브(112 및 120)가 활성화될 때 혼합 챔버(110)의 내용물은 또한 제1 연결부(132)를 통해 가공 챔버(126) 내로 비워질 수도 있다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 용매 저장소(102)로부터의 용매는 혼합 챔버(110) 및 제1 연결부(132)를 통해 가공 챔버(126) 내로 운반될 수 있다. 유사한 경로를 이용하여, 용매 저장소(102)로부터의 용매는 밸브(106), 혼합 챔버(110) 및 제1 연결부(132)를 통해, 차징된 용액이 가공 챔버(126) 내로 도입되기 전에 차징된 용액이 희석되는 제2 연결부 상의 위치로 운반될 수도 있다. 차징 챔버(118)의 내용물은 밸브(120)가 활성화될 때 제2 연결부(130)를 통해 가공 챔버로 운반된다.
차징 챔버(118)와 유사하게, 가공 챔버(126)도 제2 소리 에너지원(122) 및 연속적인 에너지 전달을 가공 챔버(126) 내에 커플링하기 위한 커플링 챔버(124)와 맞추어져 있다. 가공 챔버(126) 내부에서, 스파저(134)가 적합한 담체(도시를 용이하게 하도록 도시되지 않음) 상에 고정된 수직으로 배치된 IC 기판(128)을 효과적으로 세정하기 위한 차징된 용액의 잘 분배된 흐름을 촉진한다.
혼합 챔버(110)는 1종 이상의 액체의 흐름을 1종 이상의 기체의 흐름과 제어가능하게 조합할 수 있는 당 분야에 알려진 임의의 장치일 수 있다. 차징 챔버(118)와 가공 챔버(126)는 소리 에너지의 좋은 전달체인 것으로 알려진 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 상기 챔버는 바람직하게는 석영으로부터 제조된다. 도 1은 3 개의 별도 용기로서 3 개의 챔버를 보여주지만, 3 개의 챔버가 2 개의 용기 또는 단일 용기 내로 도입될 수 있는 것도 가능하다. 그러나, 바람직한 구현예는 도 1에 나타낸 것과 같이 3 개의 별도 용기를 가질 것이다.
소리 에너지원(114 및 122)은 메가소닉 에너지 등을 공급하는 임의의 원천일 수 있다. 차징 챔버(118) 및 가공 챔버(126)는 특히 그들의 상응하는 소리 에너지원 및 그들의 커플링 챔버 위에 이상적으로 위치한다. 그러나 메가소닉 에너지의 사용은 그것이 상기 기판 표면으로부터 보다 작은 입자를 제거하는데 더욱 효과적이기 때문에 바람직하다. 시스템(100)에 사용된 메가소닉 장치는 5 와트/㎠ 이상만큼 높은 출력을 가질 수 있지만, 3 와트/㎠ 이하의 출력을 사용하는 것이 바람직하다. 메가소닉 에너지를 생성하기 적합한 장치는 여러 판매원으로부터 시판된다. 그러나, 그러한 장치는 음향 발생기 및 일련의 특수 변환기 등을 바람직하게 포함해야 한다. 예를 들어, 일본의 카이조 코포레이션(Kaijo Corporation) 및 PCT 시스템즈 사(PCT Systems, Inc., Fremont, California)로부터 시판되는 메가소닉 장치들이 적합하다.
도 1에서는 가공 챔버(126) 내부에 하나의 IC 기판(128)을 나타내지만, 당업자는 특정 구현예에서 가공 챔버(126)는 둘 이상의 기판 또는 다수의 기판의 카세트를 보유하도록 고안될 수 있음을 인식할 것이다. 그러나 바람직한 구현예에서, 가공 챔버(126)는 일정 시간에서 연속하여 하나의 IC 기판을 세정하도록 고안된다. 도 1은 또한 기판(128)이 가공 챔버(126) 내부에서 세정 작업 동안 수직으로 배향된 것을 보여준다. 그러나, 기판이 반드시 수직일 필요는 없다. 그 표면이 약 0 도 내지 약 10 도 범위의 각으로 기울어지도록 배향된 기판이 여기에 기재된 본 발명의 시스템 및 방법을 이용하여 효과적으로 세정될 수 있다. 둘 이상의 평탄한 기판(예, 반도체 웨이퍼)이 가공 챔버(126) 내부에서 동시에 세정되는 경우, 수직, 즉 90도로부터 약간 멀리 기울어진 것이, 인접한 기판이 서로에 대하여 밀치는 것을 방지하기 위해 바람직하다. 이러한 구현예에서, 기판 담체가 사용되는 경우, 약간의 경사는 기판들이 담체에 대하여 밀치는 것을 방지한다. 그러한 경사는 선택적이며 특정 상황 하에 바람직하지 않을 수도 있다. 기판 담체에서, 기판은 서로 전면 대 전면, 배면 대 배면, 전면 대 배면 또는 배면 대 전면으로 배열될 수 있다. 그러나, 전면 대 전면 및 배면 대 배면이 바람직한 배향이다.
시스템(100)에서 전형적인 세정 공정은, 밸브(106)를 활성화시켜 용매 저장소(102)에 저장된 용매, 전형적으로 탈이온수가 혼합 챔버(110)로 흐를 때 시작된다. 유사하게, 용질 저장소(104)로부터 용질이 밸브(108)를 통해 같은 챔버(110)로 들어와서 혼합이 시작되어 용액을 형성한다. 용질 저장소(104)는 기판 표면으로부터 미립자 오염물의 제거를 촉진하는 임의의 용질을 함유할 수 있다. 본 발명의 특정 구현예에서, 용질 저장소(104)는 수산화암모늄을 액체 형태의 농축된 용액으로서 또는 수용액으로 함유한다. 바람직한 구현예에서, 용질 저장소(104)는 암모니아 기체를 함유하고, 이것이 수산화암모늄의 극히 낮은 농도에서의 사용을 가능하게 한다. 그러한 바람직한 구현예에서, 암모니아 기체를 탈이온수와 혼합하기 전에, 암모니아 기체를 여과하여 그 순도를 약 99.99999％까지 도달하게 한다. 당업자는 기판 표면으로부터 제거할 미립자 오염물의 종류에 따라, 수산화암모늄과는 상이한 다른 종류의 용질이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 그 예로서, 용액은 O3, HCl, H2O2, NH4OH 및 HF와 같은 여타 화학물질을 포함한다. 이들 용질은 일반적으로 탈이온수와 함께 혼합되어 용액을 형성하며 이것이 나중에 세정을 위해 사용된다. 알칼리 기재 용액은 규소, 탄소, 및 이들의 유도체의 입자를 제거하는 경향이 있다. HCl을 사용하여 제조된 것과 같은 산 기재 용액은 기판 표면으로부터 금속 오염물을 제거한다. 수산화암모늄이 사용되는 구현예에서, 수산화암모늄 대 탈이온수의 부피비는 일반적으로 약 3×10-5 : 1 내지 약 1×10-9 : 1, 바람직하게는 약 1×10-6 : 1 내지 약 1×10-8 : 1이다.
밸브(112)를 활성화시켜, 혼합 챔버(110)에서 형성된 용액을 차징 챔버(118)로 운반한다. 소리 에너지원(114), 바람직하게는 메가소닉 장치가 커플링 챔버(116)를 통하여 용액을 차징하기 충분한 에너지를 공급하여 차징 챔버(118) 내부에 응집성의 용액을 형성한다. 그 결과, 챔버(118) 내부에, 비교적 묽은 용액이 메가소닉 장치의 도움으로, 차징되지 않은 상태로부터 차징된 상태로 변형된다.
도 2A 및 2B는 용액의 차징되지 않은 상태로부터 차징된 상태로 용질 입자 분포의 차이를 보여준다. 차징되지 않은 용액(200)을 보여주는 도 2A에서, 용질 입자(202)는 용액(200)에 걸쳐 랜덤하게 분포되어 있다. 차징된 용액(210)을 보여주는 도 2B에서, 용질 입자(214)는 용액 (210) 중 집합체(212)로 구성되어 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 집합체(212) 중 용질(214)의 분자의 평균 수는 집합체 당 약 100 내지 약 200 개 분자 사이이다. 당업자는 용액(200 및 210)의 각각에서, 용질 입자가 용매에 용해되어 있으며, 이는 도시를 단순화하고 논의를 쉽게하기 위해 도 2A 및 2B에 나타내지 않음을 잘 인식할 것이다. 또한, 집합체(212)는 도 2B에 나타낸 것과 같이 매끈한 외부를 갖는 원형의 형태를 가져야 할 필요는 없다. 오히려, 집합체(212)는 일반적으로 임의의 불규칙한 형태이다.
집합체 형성은 0℃에서 우세하지만, 가공 챔버(126) 내부에서 세정은 약 30℃에서 또는 30℃보다 아래에서 수행되어야 한다. 다양한 실험으로부터 수득된 시험 데이터는 실온 또는 약 30℃에서, 기판 표면으로부터 떨어진 오염물 입자를 포획하고 그러한 입자 상에 유지하는데 필요한 전동력(electromotive force; "EMF")을 제공하도록 상기 집합체 내 용질 분자의 충분한 수가 존재하는 것을 시사한다. 더 높은 온도에서, 집합체 형성은 녹아 없어지는 것으로 나타나고 단지 몇 개의 분자가 매우 작은 집합체 내에 남는다. 결과적으로, 기판 세정은 비교적 더 높은 온도에서보다 실온 주위에서 더욱 효과적이다.
차징 챔버(118)에서 나오는 차징된 용액은 약 5×10-5 : 1 내지 약 1×10-24 : 1, 바람직하게는 약 1×10-6 : 1 내지 약 1×10-24 : 1, 더욱 바람직하게는 약 1×10-8 : 1 내지 약 1×10-24 : 1인 부피 비로 용매 중에 존재하는 용질을 갖는다.
밸브(120)를 활성화시킴으로써, 상기 차징된 용액의 일부가 제1 연결부(130)를 통해 기판(128)을 세정하기 위한 가공 챔버(126) 내로 도입된다. 도 1에는 가공 챔버(126)에 대하여 단지 하나의 입구가 도시되었지만, 당업자는 용액의 둘 이상의 흐름이 세정을 위해 필요할 경우 챔버(126)로 추가의 입구가 제공될 수 있음을 잘 인식할 것이다.
가공 챔버(126) 내부에서, 차징된 용액은 바닥에 위치한 스파저(134)에 의해 도입된다. 차징 용액이 미국 특허 제6,681,781호(푸리 등에게 부여된)에 기재된 것과 같이 바닥으로부터 가공 챔버(126)를 채운다. 가공 챔버(126)는 배출 밸브 및 배출 라인(도시를 단순화하기 위해 도시되지 않음)이 또한 장착되어 배출 스트림을 분배할 수 있다. 기판의 세정은 상기 차징된 용액을 표면과 접촉시킴으로써 일어난다. 이는 용액을 표면 위에 분무하는 것, 차징된 용액 중에 표면을 잠기게 하는 것 또는 상기 용액을 기판 표면을 지나 흐르게 하는 것 중 임의의 하나에 의해 수행된다. 기판이 상기 차징된 용액에 접촉하는 동안, 소리 에너지가 상기 기판 표면에 적용된다.
도 1에 나타낸 바람직한 구현예에서, 시스템(100)은 차징 챔버(118)의 밖으로 흐르는 차징된 용액 흐름을 더 많은 정도로 차징시키도록 고안되어 있다. 제1 연결부(132)는, 차징된 용액을 가공 챔버(126) 내부로 도입하기 전에, 용매 저장소(102)로부터의 더 많은 용매를 제2 연결부(130) 내부의 상기 차징된 용액까지 운반하여 상기 차징된 용액을 희석하는 것을 촉진한다. 구체적으로, 밸브(106 및 112)를 활성화함으로써, 상기 용매가 용매 저장소(102)로부터 제2 연결부(132) 내의 차징된 용액으로 제공된다. 그러한 묽은 차징된 용액에서, 용질은 용매 중 약 5×10-5 : 1 내지 약 1×10-24 : 1의 부피 비로 존재한다. 상기 바람직한 구현예는 차징 챔버(118) 내에 체류하는 차징된 용액의 소량을 이용하는 융통성을 제공하며 그를 더욱 희석하여 더욱 효과적으로 차징된 용액을 제조한다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 차징 챔버(118)는 상기 차징된 용액을 재순환하도록 배열된 하나 이상의 챔버를 갖는 재순환 시스템이 장치될 수 있다. 그러한 각각의 챔버에서, 차징된 용액의 점차적인 희석이 가능하다. 전술한 시스템은 비교적 낮은 농도의 용질을 갖는 차징된 용액의 효과적인 희석을 가능하게 한다. 혼합, 차징 및 세정을 위한 전술한 유동 시스템은 연속식, 배치식 및 반-배치식으로 수행될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 메가소닉 에너지를 이용하여 기판 표면으로부터 더욱 떨어지는 미립자 오염물을 포획 및 전이시키기 위해, 세정 용액 중에 거의 제로 희석된, 매우 높은 pH의 차징된 용질에 의존한다.
본 발명은 IC 기판을 세정하기 위한 종래의 시스템, 방법 및 조성물에 비하여 두드러진 개선을 나타낸다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 비교적 낮은 농도의 용질, 즉 대단히 묽은 체제 또는 "거의 제로 희석"을 갖는 희석을 갖는 차징된 용액의 사용을 선호한다. 결과적으로, 본 발명의 세정 시스템 및 방법은 환경 보호적이다. 달리 말하면, 이들은, 종래의 세정 시스템 및 방법에 의해 요구되는, 배출 이전 배출 스트림을 처리할 장비 및 노동력에 따르는 추가 비용을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 발명에 따르는 세정 시스템 및 방법에서, 화학 물질을 배치하는 것과 관련된 상당한 비용이 없어진다.
종래의 세정 방법에 따르면, 용질 농도를 가열하여 입자 제거를 위한 기판 에칭을 촉진한다. 이는 상당한 시간 및 장비를 필요로 한다. 그러나 본 발명에서 용질은 실온 조건에서 효과적으로 세정하며 그러한 가열을 필요로 하지 않는다. 따라서 본 발명은 가열 장비 및 추가의 공정 시간에 대한 필요를 없애준다.
위에서 설명하였듯이, 종래의 세정 시스템 및 방법은 기판 표면을 에칭함으로써 미립자 오염물을 제거하기 위해 농축된 용액에 의존한다. 그러므로, 종래의 세정은 궁극적으로 생산된 IC의 전기적 성능을 저하시키는 바람직하지 못한 거친 표면을 유발한다. 그러나 본 발명에서, IC 기판은 낮은 농도의 용질을 갖는 차징된 용액을 이용하여 세정된다. 달리 말하면, 세정을 위해 매우 소량의 화학물질이 사용되므로, 기판 표면이 에칭되지 않는다. 소량의 화학물질을 사용하는 또 다른 장점은 기판 표면 상에 안정화제 및 금속 오염물의 잔류물이 남지 않는다는 것이다. 달리 말하면, 본 발명에 따라서 세정된 기판은 그 위에 안정화제 잔류물 및 금속 오염물이 거의 또는 전혀 없는데, 그 이유는 세정 공정 동안 화학물질이 매우 소량으로 사용되기 때문이다. 소량의 화학물질을 사용하는 것의 또 다른 장점은 기판을 세정하기 전에 전처리 단계가 필요하지 않다는 것이다. "거의 제로 희석"에서 기판을 효과적으로 세정할 수 있는 본 발명은, 종래의 세정 기술에 의해 요구되는 오존화와 같은 추가의 전처리 단계를 필요로 하지 않는다. 이는 또한 본 발명에 따라서 세정할 때 증가된 처리량으로 해석된다.
본 발명에 따르면, 기판 세정은 매우 신속하게 일어난다. 예를 들면, 약 3 내지 5 분, 전형적으로 약 3 분이 기판을 효과적으로 세정하기 위해 충분한 시간이다. 결과적으로, 본 발명은 비교적 높은 처리량을 제공한다. 더욱이, 기판 표면이 단일의 세정 사이클 후 충분히 세정되지 않을 경우에는, 그 표면을 저하시키지 않고 표면을 더욱 효과적으로 세정하기 위해 2 회 이상의 세정 사이클이 수행될 수 있다. 본 발명에서 다수의 세정 사이클은 실제로 표면의 품질을 개선하며, 종래 방법에 따라 세정이 수행될 경우 도입되는 바람직하지 않은 표면 거침성, 안정화제 또는 금속 오염물을 도입하지 않는다. 당업자는 종래 세정에서 그러한 다수의 세정 사이클은 전형적으로 기판 표면을 파괴한다는 것을 잘 인식할 것이다.
특정 실시예를 반도체 기판의 세정을 들어 기재하였지만, 당업자는 여기에 기재된 본 발명의 시스템, 방법 및 조성물은 다른 IC 기판에 대해서도 사용될 수 있음을 잘 인식할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 시스템, 방법 및 조성물은 마스크, 디스크, 평면 패널, 액정 디스플레이, 박막 헤드, 포토 마스크 및 렌즈의 효과적인 세정에 대하여 사용될 수 있다.

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  28. 용질 및 용매를 적어도 함유하는 용액을 제1 챔버에서 소닉 에너지로 소리 진동시켜, 용질 집합체를 포함하는 차징된 용액을 제조하고, 여기서 각각의 집합체는 용질이 다수의 용매 분자에 의해 둘러싸이도록 구성되며,
    제1 챔버 내부에 존재하는 상기 차징된 용액을 재순환하고,
    상기 차징된 용액을, 기판을 세정하기 위하여 제1 챔버와는 상이한 제2 챔버로 운반하는 것을 포함하며,
    여기서 제1 챔버와 제2 챔버의 각각은 바닥면을 포함하는 것인 기판의 세정 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 진동이 메가소닉(megasonic) 에너지로부터 유래되는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 용질이 수산화암모늄인 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 차징하는 것이, 상기 수산화암모늄이 용매 중에 5×10-5 : 1 내지 1×10-24 : 1의 부피 비로 존재하도록 상기 용액을 희석하는 것을 포함하는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 수산화암모늄이 상기 용매 중에 1×10-6 : 1 내지 1×10-24 : 1의 부피 비로 존재하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 수산화암모늄이 상기 용매 중에 1×10-8 : 1 내지 1×10-24 : 1의 부피 비로 존재하는 방법.
  34. 제28항에 있어서, 상기 재순환이 차징된 용액의 운반전에 수행되는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 차징된 용액을 희석하여 세정 용액을 제조하고,
    상기 세정 용액을 집적 회로 기판을 세정하는데 사용하는 것을 더 포함하는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 세정 용액에서, 상기 용질이 용매 중에 5×10-5 : 1 내지 1×10-24 : 1의 부피 비로 존재하는 방법.
  37. 제35항에 있어서, 상기 사용하는 것이 집적 회로 기판으로부터 오염물 입자를 제거하기 위해 상기 세정 용액에 소리 에너지(acoustic energy)를 적용하는 것을 포함하는 방법.
  38. 제28항에 있어서, 상기 용액을 소리 진동하기 전에, 용매 및 상기 용질을 혼합하여 상기 용액을 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 용매가 탈이온수인 방법.
  40. 제38항에 있어서, 상기 혼합이 상기 용매 중에 3×10-5 : 1 내지 1×10-24 : 1의 부피비로 존재하는 상기 용질을 갖는 상기 용액을 제조하는 것인 방법.
  41. 제28항에 있어서, 상기 소리 진동이 메가소닉(megasonic)을 사용하여 수행되는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 메가소닉이 3 와트/㎠ 이하의 출력을 가질 수 있는 것인 방법.
  43. 제41항에 있어서, 상기 메가소닉이 5 와트/㎠ 이상의 출력을 가질 수 있는 것인 방법.
  44. 제28항에 있어서, 상기 용질이 O3, HCl, H2O2, NH4OH, HF 및 암모니아 중 어느 하나를 포함하는 것인 방법.
  45. 제28항에 있어서, 상기 차징하는 것이, 상기 용액을 차징하기 충분한 에너지를 공급하여 제1 챔버 내부에 응집성의 용액을 형성하는 것을 포함하는 것인 방법.
  46. 제28항에 있어서, 상기 용질 집합체가 전동력을 갖는 것인 방법.
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